Mga Uri ng Transducer

Transducers: Paglalarawan, Mga Tungkulin, at Klasipikasyon

Ang transducer ay isang elektronikong aparato na may mahalagang papel sa pagbabago ng pisikal na bilang sa mga senyal na elektriko. Ito ay may dalawang pundamental na tungkulin: pagtukoy at transduksyon. Una, ito ay natutukoy ang interesadong pisikal na bilang tulad ng temperatura, presyon, o paglipat. Pagkatapos, ito ay nagbabago ng pisikal na bilang na ito sa mekanikal na gawa o, mas karaniwan, sa isang elektrikong senyal na maaaring madaling sukatin, iproseso, at ianalisa.

Mayroong malaking iba't ibang uri ng transducers at maaari itong ikategorya batay sa ilang distinktong kriterya:

• Batay sa Ginamit na Mehkanismo ng Transduksyon: Ang kategoryang ito ay nakatuon sa partikular na pisikal o kimikal na proseso kung saan ang transducer ay nagbabago ng input na pisikal na bilang sa isang elektrikong output. Iba't ibang mekanismo ng transduksyon ay inihanda para sa iba't ibang uri ng pagsukat at aplikasyon, na nagbibigay ng tumpak at maasahang pagtukoy sa malawak na spectrum ng pisikal na mga phenomena.

• Bilang Primary at Secondary Transducers: Ang primary transducer ay direkta nang nagbabago ng sukat na pisikal na bilang sa isang elektrikong senyal. Sa kabilang banda, ang secondary transducer ay gumagana kasama ng primary transducer, patuloy na binabago o pinoproseso ang elektrikong senyal na idinudulot ng primary device upang mapataas ang kanyang usability o katotohanan.

• Bilang Passive at Active Transducers: Ang passive transducers ay umiiral sa pamamagitan ng panlabas na source ng lakas upang makapagtrabaho at maglabas ng isang output signal na isang function ng input na pisikal na bilang at ang inilapat na lakas. Ang active transducers, sa kabilang banda, ay may sarili nitong source ng lakas at maaaring lumikha ng isang output signal nang walang pangangailangan ng panlabas na supply ng lakas, kadalasang nagbibigay ng mas mataas na sensitibidad at lakas ng signal.

• Bilang Analogue at Digital Transducers: Ang analogue transducers ay naglalabas ng isang output signal na nagbabago nang patuloy na may input na pisikal na bilang, karaniwang sa anyo ng isang voltage o current. Ang digital transducers, sa kabilang banda, ay nagbabago ng input na bilang sa isang discrete digital signal, na mas madali na iproseso, iimbak, at ipadala gamit ang modernong digital electronics at computing systems.

• Bilang Transducers at Inverse Transducers: Ang standard transducer ay nagbabago ng pisikal na bilang sa isang elektrikong signal. Ang inverse transducer, sa kabaligtaran, ay tumatanggap ng isang elektrikong signal bilang input at nagbabago ito pabalik sa isang pisikal na bilang, na epektibong nagbaliktad sa proseso ng tradisyonal na transducer. Ang konseptong ito ay kapaki-pakinabang sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang electrical control upang makabuo ng isang tiyak na pisikal na tugon.

Sa operasyon, ang transducer ay tumatanggap ng measurand—the pisikal na bilang na sinusukat—and naglalabas ng isang output signal na proporsyonal sa magnitud ng input. Ang output signal na ito ay pagkatapos ay ipinapadala sa isang signal conditioning device. Dito, ang signal ay dadaan sa serye ng proseso, kabilang ang attenuation (pag-aadjust ng amplitude ng signal), filtering (pag-alis ng hindi nais na noise o frequencies), at modulation (pag-encode ng signal para sa mas mahusay na transmission o processing). Ang mga hakbang na ito ay nag-aaseguro na ang final signal ay nasa optimal na form para sa sumunod na analysis, display, o control operations.

Ang input quantity ng isang transducer ay karaniwang isang non - electrical quantity, habang ang output electrical signal ay maaaring maging sa anyo ng current, voltage, o frequency.

1. Klasipikasyon batay sa Prinsipyong Transduksyon

Maaaring ikategorya ang mga transducer ayon sa transduction medium na ginagamit nila. Ang transduction medium ay maaaring resistive, inductive, o capacitive. Ang kategoryang ito ay nadetermina ng conversion process kung saan ang input transducer ay nagbabago ng input signal sa resistance, inductance, o capacitance nang respectibong paraan. Bawat uri ng transduction medium ay may sariling unikong mga katangian at angkop para sa iba't ibang measurement applications, na nagbibigay-daan sa tumpak na conversion ng iba't ibang pisikal na bilang sa mga elektrikong signal.

2. Primary at Secondary Transducers

• Primary Transducer
  Isang transducer kadalasang binubuo ng parehong mekanikal at elektrikal na komponente. Ang mekanikal na bahagi ng transducer ay responsable sa pagbabago ng pisikal na input quantities sa isang mekanikal na signal. Tinatawag itong primary transducer. Ito ay gumagana bilang initial sensing element, direkta nang nakikipag-ugnayan sa pisikal na bilang na sinusukat, tulad ng presyon, temperatura, o displacement, at nagbabago ito sa isang mekanikal na anyo na maaaring paunlarin pa.

• Secondary Transducer
  Ang secondary transducer ay tumatanggap ng mekanikal na signal na idinudulot ng primary transducer at nagbabago ito sa isang elektrikong signal. Ang magnitude ng output na elektrikong signal ay direktang may kaugnayan sa mga katangian ng input na mekanikal na signal. Sa ganitong paraan, ang secondary transducer ay nagbibigay ng daan sa pagitan ng mekanikal at elektrikal na domains, nagbibigay-daan sa pag-sukat at pag-analisa ng orihinal na pisikal na bilang gamit ang teknikong elektrikal na pagsukat at pagproseso.

Halimbawa ng Primary at Secondary Transducers

Tingnan natin ang Bourdon's Tube, tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, bilang halimbawa. Ang Bourdon's Tube ay gumagana bilang primary transducer. Ito ay disenyo upang matukoy ang presyon at magbago ito sa isang displacement sa kanyang libreng dulo. Kapag may presyon na inilapat sa tube, ang hugis nito ay nagbabago, nagdudulot ng paggalaw ng libreng dulo. Ang displacement na ito ay pagkatapos ay gumagana bilang input sa susunod na yugto ng sistema.

Ang galaw ng libreng dulo ng Bourdon's Tube ay nagdudulot ng paggalaw ng core ng Linear Variable Displacement Transformer (LVDT). Habang ang core ay galaw-galaw sa loob ng LVDT, ito ay naginduce ng isang output voltage. Ang induced na voltage na ito ay direktang proportional sa displacement ng libreng dulo ng tube, at kaya, sa orihinal na presyon na inilapat sa Bourdon's Tube.

Sa kaso ng Bourdon's Tube - LVDT system, dalawang hiwalay na transduction processes ang nangyayari. Una, ang primary transduction ay nangyayari kapag ang Bourdon's Tube ay nagbabago ng presyon sa displacement. Pagkatapos, ang secondary transduction ay nangyayari bilang ang LVDT ay nagbabago ng displacement sa isang elektrikong voltage signal. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita kung paano gumagana ang primary at secondary transducers nang sabay-sabay upang tumpak na sukatin at baguhin ang pisikal na bilang sa isang elektrikong output para sa mas naunlad na analisis at gamit.

Ang Bourdon's Tube ay gumagana bilang primary transducer, habang ang L.V.D.T. (Linear Variable Displacement Transformer) ay gumagana bilang secondary transducer.

3. Passive at Active Transducers

Maaari ring ikategorya ang mga transducer sa active at passive types, bawat isa ay may distinktong operational characteristics.

Passive Transducers

Ang isang passive transducer ay isang transducer na umiiral sa pamamagitan ng panlabas na source ng lakas upang makapagtrabaho, kaya ito rin ay tinatawag na externally - powered transducer. Ang capacitive, resistive, at inductive transducers ay mga halimbawa ng typical na passive transducers. Ang mga transducer na ito ay gumagana sa pamamagitan ng pag-modify ng isang electrical property (tulad ng resistance, capacitance, o inductance) bilang tugon sa input na pisikal na bilang. Gayunpaman, hindi sila naglilikha ng sarili nilang electrical energy; sa halip, kailangan nila ng panlabas na source ng lakas upang makapaglabas ng measurable output signal na nagpapakita ng pagbabago sa pisikal na bilang na sinusukat.

Active Transducers

Sa kabilang banda, ang active transducer ay hindi kailangan ng panlabas na source ng lakas upang makapagtrabaho. Ang mga transducer na ito ay self - generating, na nangangahulugan na maaari silang maglalabas ng sarili nilang voltage o current output. Ang output signal ng active transducer ay direktang nagmumula sa input na pisikal na bilang. Ang mga active transducer ay maaaring magbabago ng iba't ibang pisikal na phenomena, tulad ng velocity, temperatura, force, at light intensity, sa mga elektrikong signal nang walang pangangailangan ng panlabas na power input. Ang mga halimbawa ng active transducers ay kinabibilangan ng piezoelectric crystals, photovoltaic cells, tachogenerators, at thermocouples.

Halimbawa: Piezoelectric Crystal

Upang mailarawan ang operasyon ng isang active transducer, tingnan natin ang isang piezoelectric crystal. Karaniwang sandwiched ang isang piezoelectric crystal sa pagitan ng dalawang metallic electrodes, at ang buong assembly ay ligtas na nakapin sa isang base. Pagkatapos, inilalagay ang isang mass sa itaas ng sandwiched structure na ito.

Ang piezoelectric crystals ay may unikong katangian: kapag may force na inilapat sa kanila, sila ay naglalabas ng electric voltage. Sa setup na ito, maaaring maranasan ng base ang acceleration, na nagdudulot ng pag-apply ng force ng mass sa crystal. Ang force na ito, sa kanyang pagkakabigo, ay naginduce ng isang output voltage sa loob ng crystal. Ang magnitude ng output voltage na ito ay direktang proportional sa acceleration na maranasan ng base, na epektibong nagbabago ng mechanical acceleration sa isang elektrikong signal. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita kung paano ang active transducers ay maaaring self - generate electrical outputs batay sa pisikal na inputs, na nagpapakita ng kanilang distinct functionality kumpara sa passive transducers.

Ang nabanggit na transducer ay kilala bilang accelerometer, na disenyo upang baguhin ang acceleration sa isang electric voltage. Notably, ang uri ng transducer na ito ay gumagana nang walang pangangailangan ng anumang auxiliary power source sa panahon ng conversion ng pisikal na bilang sa isang elektrikong signal, na nagpapakita ng kanyang self - sufficient nature sa signal generation.

4. Analog at Digital Transducers

Maaari ring ikategorya ang mga transducer batay sa natura ng kanilang output signals, na maaaring continuous o discrete.

Analog Transducers

Ang analog transducer ay nagbabago ng input quantity sa isang continuous function. Ito ang nangangahulugan na ang output signal ay nagbabago nang smooth at continuous bilang tugon sa mga pagbabago sa input. Ang mga halimbawa ng analog transducers ay kinabibilangan ng strain gauges, Linear Variable Displacement Transformers (LVDTs), thermocouples, at thermistors. Ang mga device na ito ay malawak na ginagamit sa iba't ibang aplikasyon kung saan kinakailangan ang proportional at continuous representation ng measured physical quantity, tulad ng sa precision measurement systems at industrial process control.

Digital Transducers

Sa kabilang banda, ang digital transducers ay nagbabago ng input quantity sa isang digital signal, karaniwang sa anyo ng pulses. Ang mga digital signals ay gumagana batay sa binary states, na nagrepresenta ng impormasyon bilang "high" o "low" power levels. Ang format ng digital output na ito ay nagbibigay ng maraming mga benepisyo, kabilang ang enhanced noise immunity, mas madaling integration sa digital electronics at computing systems, at mas straightforward na data processing at storage. Ang mga digital transducers ay lalong sinasadya sa modernong measurement at control systems dahil sa kalaganapan ng digital technologies.

5. Transducers at Inverse Transducers

Transducers

Ang transducer ay inilalarawan bilang isang aparato na nagbabago ng non - electrical quantities sa electrical quantities. Ang prosesong ito ng conversion ay nagbibigay-daan sa pagsukat, monitoring, at control ng iba't ibang pisikal na phenomena, tulad ng temperatura, presyon, displacement, at force, gamit ang teknikong elektrikal na pagsukat at pagproseso. Naglalaro ang mga transducer ng mahalagang papel sa malawak na saklaw ng aplikasyon, mula sa industrial automation hanggang sa scientific research at consumer electronics.

Inverse Transducers

Ang inverse transducers ay gumagawa ng kabaligtaran na tungkulin ng tradisyonal na transducers. Sila ay nagbabago ng electrical quantities pabalik sa pisikal na quantities. Ang mga transducer na ito ay tipikal na may mataas na electrical input at ang kanyang corresponding na mababang non - electrical output. Ginagamit ang inverse transducers sa mga aplikasyon kung saan kailangan na isalin ang mga electrical signals sa pisikal na aksyon o tugon, tulad ng sa ilang uri ng actuators at control systems. Ang konsepto ng inverse transducers ay nagbibigay ng paraan upang isara ang loop sa pagitan ng electrical control at pisikal na operasyon, na nagpapahusay ng mas komplikado at tumpak na control ng mekanikal at pisikal na mga sistema.